JP2017040454A - ラジエータチューブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率を向上させることのできるラジエータチューブの製造方法を提供する。
【解決手段】ラジエータチューブの製造方法は、車両用ラジエータに用いられ、冷却水が流動するラジエータチューブの製造方法である。該ラジエータチューブの製造方法は、帯状のワーク６０を、外周面に沿って周方向に延びるとともに回転軸７２に対して傾斜する凸条７１Ａが設けられた第１回転ローラ７０と外周面が平滑な第２回転ローラ７５とによって挟圧することでワーク６０に凹条面６３と平滑面６４とを形成する転造工程と、ワーク６０の凹条面６３が内周面となるように該ワーク６０を筒状に成形する成形工程とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両用ラジエータのラジエータチューブの製造方法に関する。

車両用ラジエータのラジエータチューブには冷却水が流動し、その冷却水と外気との間で熱交換が行われる。ラジエータチューブの外周面には放熱フィンが接続され、ラジエータチューブから放熱フィンへ冷却水の熱が伝達されることで、熱交換効率の向上が図られている。

従来のラジエータチューブの製造方法では、帯状のワークを、幅方向の両端を丸めるようにして筒状をなすように変形させている。こうした丸め変形としては、たとえば、ロールフォーミング加工が知られている（特許文献１参照）。ところで、ラジエータチューブを流動する冷却水の温度をラジエータチューブの中心側と周縁側とでより均一にすることが熱交換効率の向上の観点から好ましい。従来のラジエータチューブでは、その内周面に凹条がプレス加工によって成形される。これにより、ラジエータチューブを流動する冷却水は、プレス成形された凹条に案内されて撹拌され、ラジエータチューブの中心側と周縁側とで温度分布の偏りが抑えられる。

特開平５‐１６９２４５号公報

ラジエータチューブの内周面に対する凹条のプレス成形では、その反映として、ラジエータチューブの外周面に対しては、凸条がプレス成形されることになる。その結果、ラジエータチューブの外周面が凹凸形状になる。このように外周面が凹凸形状であると、ラジエータチューブと放熱フィンとの接触面積が小さくなり、ラジエータチューブから放熱フィンへの熱伝達が不十分になる可能性がある。そのため、ラジエータチューブを流動する冷却水と外気との熱交換効率の向上を図ることは難しい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換効率を向上させることのできるラジエータチューブの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するためのラジエータチューブの製造方法は、車両用ラジエータに用いられ、冷却水が流動するラジエータチューブの製造方法であって、帯状のワークを、外周面に沿って周方向に延びるとともに回転軸に対して傾斜する凸条が設けられた第１回転ローラと外周面が平滑な第２回転ローラとによって挟圧することでワークに凹条面と平滑面とを形成する転造工程と、ワークの凹条面が内周面となるように該ワークを筒状に成形する成形工程とを有する。

上記転造工程では、プレス成形とは異なり、ワークの一方の面に凹条を形成しつつ、他方の面を平滑な面とすることができる。したがって、この方法によれば、内周面を凹条面とし外周面を平滑面とするラジエータチューブを製造することができる。凹条面によって案内される冷却水は撹拌され、しかも、平滑面に接続される放熱フィンとの接触面積は十分に確保される。したがって、上記方法によれば、熱交換効率を向上させることのできるラジエータチューブを製造することができる。

車両用ラジエータの分解斜視図。 ラジエータチューブの一端の拡大斜視図。 ラジエータコアの拡大斜視図。 ラジエータチューブの製造方法の一実施形態を示す斜視図。 第１回転ローラの平面図。 転造工程におけるワークの変形態様を示す平面図。 （ａ）は転造工程前のワークの側面図であり、（ｂ）は転造工程後のワークの側面図。 第１拡径ローラ及び第１縮径ローラの正面図。 第２拡径ローラ及び第２縮径ローラの正面図。 第３拡径ローラ及び第３縮径ローラの正面図。 １対の縦ローラの正面図。

ラジエータチューブの製造方法の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
図１に示すように、車両用ラジエータ１には、アッパタンク１０が設けられている。アッパタンク１０は、下端側が開口した略箱状の受水部１１を有し、該受水部１１には筒状の流入口１２が設けられている。流入口１２は、内燃機関の冷却水通路に接続され、該冷却水通路から冷却水が供給される。受水部１１には、上方に向かって開口した筒状の取付口１３も設けられている。取付口１３には、ラジエータキャップ１４が取り付けられる。これにより、取付口１３は閉塞される。ラジエータキャップ１４は、圧力調節弁であり、車両用ラジエータ１の内部の圧力を調節する。

アッパタンク１０は、第１シール部材２０を介してラジエータコア３０に固定される。ラジエータコア３０は、アッパタンク１０の受水部１１が接続されるアッパコアプレート３１を有している。アッパコアプレート３１は、底壁３１Ａと周壁３１Ｂとを有し、上端側が開口した略箱状をなしている。アッパコアプレート３１の底壁３１Ａには、該底壁３１Ａを貫通した状態で複数のラジエータチューブ３２が固定されている。ラジエータチューブ３２は、アッパコアプレート３１の長手方向に複数並んで配設されている。

ラジエータコア３０は、アッパコアプレート３１に対向するロアコアプレート３４を有している。ロアコアプレート３４は、上壁３４Ａと周壁３４Ｂとを有し、下端側が開口した略箱状である。ラジエータチューブ３２は、ロアコアプレート３４の上壁３４Ａに貫通した状態で固定されている。ラジエータチューブ３２は、上端部がアッパコアプレート３１によって支持され、下端部がロアコアプレート３４によって支持されている。

図２に示すように、ラジエータチューブ３２は、断面が扁平な長円状のチューブ本体３２Ａを有し、外周面が平滑である。チューブ本体３２Ａの内周面には、該チューブ本体３２Ａの軸方向（図２に上下方向）に延びる螺旋状の凹条３２Ｂが形成されている。

図３に示すように、各ラジエータチューブ３２の間には、放熱フィン３３が配設されている。放熱フィン３３は、例えば金属の板材からなり、蛇腹状に成形されている。放熱フィン３３の屈曲した部分は、ラジエータチューブ３２の外周面に接合されている。図１に示すように、放熱フィン３３は、ラジエータチューブ３２の軸方向において、アッパコアプレート３１からロアコアプレート３４まで連続して延びている。

図１に示すように、ラジエータコア３０は、第２シール部材４０を介してロアタンク５０に取り付けられる。ロアタンク５０は、上端側が開口した略箱形状の送水部５１を有し、送水部５１には筒状の送出口５２が設けられている。送出口５２は、内燃機関の冷却水通路に接続され、該冷却水通路に冷却水を送り出す。送水部５１の側壁には、ドレンコック５３が接続されている。ドレンコック５３を開放することにより、車両用ラジエータ１の内部から外部に冷却水が排出される。

車両用ラジエータ１における冷却水の流れについて説明する。
内燃機関からの受熱により高温になった冷却水は、冷却水通路に接続された流入口１２を介してアッパタンク１０に流れ込む。アッパタンク１０に流れ込んだ冷却水は、ラジエータコア３０のラジエータチューブ３２に流れる。ラジエータチューブ３２を冷却水が流れる際には、チューブ本体３２Ａや、ラジエータチューブ３２の外周面に接合された放熱フィン３３に冷却水から熱が伝達される。外気はラジエータコア３０のラジエータチューブ３２の間や放熱フィン３３の間を通過して流れる。これにより、ラジエータチューブ３２を流れる冷却水と外気との間で熱交換が行われ、冷却水から外気に熱が放出される。ラジエータチューブ３２には、螺旋状の凹条３２Ｂが形成されており、ラジエータチューブ３２を流れる冷却水は該凹条３２Ｂに沿って螺旋状に流れる。こうした冷却水に対する撹拌によってラジエータチューブ３２内の中心側の部分と周縁側の部分とで冷却水の温度分布が均一化するため、外気との熱交換効率の向上を図ることができる。外気に熱を放出して温度が低下した低温の冷却水は、ラジエータチューブ３２からロアタンク５０に流動し、送出口５２を通じて冷却水通路に戻される。これにより、低温の冷却水が内燃機関の周囲に供給される。

ラジエータチューブ３２の製造方法について説明する。なお、本実施形態では、帯状のワーク６０を複数のローラの間に通すことによって筒状に成形するロールフォーミング加工によりラジエータチューブ３２を製造する。

図４に示すように、例えばアルミニウムなどの金属からなる帯状のワーク６０は、巻芯６１に巻かれてコイル６２を構成している。ワーク６０は、コイル６２から帯状に解かれ、図４の左方に送られることにより、転造工程及び成形工程を経て筒状に成形される。転造工程では、第１回転ローラ７０と第２回転ローラ７５との間にワーク６０が通される。

図５に示すように、第１回転ローラ７０は、外周面に凸条７１Ａが設けられた凸条ローラ７１と、該凸条ローラ７１に接続された回転軸７２とを有している。凸条７１Ａは、凸条ローラ７１の外周面に沿って周方向に延びるとともに、第１回転ローラ７０の回転軸７２に対して所定角度θ傾斜している。図４に示すように、第２回転ローラ７５は、外周面が平滑な平滑ローラ７６と、該平滑ローラ７６に接続された回転軸７７とを有している。第１回転ローラ７０と第２回転ローラ７５との間隔は、ワーク６０の厚さよりも狭く設定されている。第１回転ローラ７０は回転軸７２を中心に回転可能であり、第２回転ローラ７５は回転軸７７を中心に回転可能である。ワーク６０が第１回転ローラ７０と第２回転ローラ７５との間に通されると、各回転ローラ７０，７５は回転しつつワーク６０を挟圧する。すなわち、ワーク６０は各回転ローラ７０，７５の間に挟まれて両者によって圧力が加えられる。ワーク６０は、各回転ローラ７０，７５が回転しているときに、その長手方向に送り出される。

図６に示すように、ワーク６０が各回転ローラ７０，７５に挟圧されると、ワーク６０には、第１回転ローラ７０側の面に第１回転ローラ７０の凸条７１Ａと略同形の凹条６３Ａが形成される。ワーク６０の第２回転ローラ７５側の面は、外周面が平滑な第２回転ローラ７５に押圧され、平滑な面になる。以下では、ワーク６０における第１回転ローラ７０側の凹条６３Ａが形成された面を凹条面６３といい、第２回転ローラ７５側の平滑な面を平滑面６４という。凹条面６３の凹条６３Ａは、ワーク６０の幅方向（図６の上下方向）に対して、すなわち第１回転ローラ７０における回転軸７２の軸方向に対して、上記所定角度θと同じ角度傾斜している。

図７（ａ）に示すように、転造工程前では、ワーク６０の厚さはほぼ一定になっている。転造工程では、外周面に凸条７１Ａを有する第１回転ローラ７０と外周面が平滑な第２回転ローラ７５とによってワーク６０を挟圧することで該ワーク６０を変形させて、図７（ｂ）に示すように、ワーク６０に凹条面６３と平滑面６４とを形成する。

図４に示すように、成形工程は、第１工程から第４工程までの複数の工程からなる。第１工程では、ワーク６０を第１拡径ローラ８０と第１縮径ローラ８２との間に通す。図４及び図８に示すように、第１拡径ローラ８０は、ワーク６０の幅方向（図８の左右方向）における中心側ほど拡径した略円柱形状をなし、回転軸８１を中心に回転可能になっている。第１縮径ローラ８２は、第１拡径ローラ８０の形状に沿って中心側ほど縮径した略円柱形状をなし、回転軸８３を中心に回転可能になっている。第１拡径ローラ８０はワーク６０の凹条面６３側に配置され、第１縮径ローラ８２はワーク６０の平滑面６４側に配置されている。これらローラ８０，８２の間隔は、ワーク６０が通過可能に設定されている。第１工程において、第１拡径ローラ８０と第１縮径ローラ８２との間にワーク６０が通されると、ワーク６０は各ローラ８０，８２の外周面の形状に沿って幅方向の両端部が凹条面６３側に丸められるように湾曲する。

第２工程では、第１工程を経て湾曲したワーク６０を、第２拡径ローラ８５と第２縮径ローラ８７との間に通す。図９に示すように、第２拡径ローラ８５は、ワーク６０の幅方向（図９の左右方向）における中心側ほど拡径した略円柱形状をなし、回転軸８６を中心に回転可能になっている。第２拡径ローラ８５の拡径度合いは、第１拡径ローラ８０の拡径度合いよりも大きい。第２縮径ローラ８７は、第２拡径ローラ８５の形状に沿って中心側ほど縮径した略円柱形状をなし、回転軸８８を中心に回転可能になっている。すなわち、第２縮径ローラ８７の縮径度合いは、第１縮径ローラ８２の縮径度合いよりも大きくなっている。第２拡径ローラ８５はワーク６０の凹条面６３側に配置され、第２縮径ローラ８７はワーク６０の平滑面６４側に配置されている。これらローラ８５，８７の間隔は、ワーク６０が通過可能に設定されている。上述したように、第２拡径ローラ８５の拡径度合いは第１拡径ローラ８０の拡径度合いよりも大きいため、第２工程において、第２拡径ローラ８５と第２縮径ローラ８７との間にワーク６０を通すことによって該ワーク６０を変形させたときの曲率は、第１工程においてワーク６０を変形させたときの曲率よりも大きくなる。これにより、第２工程では、第１工程に比して、ワーク６０が大きく湾曲する。

第３工程では、第２工程を経て湾曲したワーク６０を、第３拡径ローラ９０と第３縮径ローラ９２との間に通す。図１０に示すように、第３拡径ローラ９０は、ワーク６０の幅方向（図１０の左右方向）における中心側ほど拡径した略円柱形状をなし、回転軸９１を中心に回転可能になっている。図１０に示すように、第３拡径ローラ９０の上下方向における両端部は、略半円状をなしている。この両端部の曲率は、第２拡径ローラ８５の上下方向における両端部の曲率よりも大きい。第３縮径ローラ９２は、第３拡径ローラ９０の形状に沿って中心側ほど縮径した略円柱形状をなし、回転軸９３を中心に回転可能になっている。すなわち、第３縮径ローラ９２の外周面は、略半円状に窪んでいる。第３拡径ローラ９０はワーク６０の凹条面６３側に配置され、第３縮径ローラ９２はワーク６０の平滑面６４側に配置されている。これらローラ９０，９２の間隔は、ワーク６０が通過可能に設定されている。第３工程では、第３拡径ローラ９０と第３縮径ローラ９２との間にワーク６０を通すことにより、該ワーク６０を略半円状に変形させる。これにより、第３工程においてワーク６０を変形させたときの曲率は、第２工程においてワーク６０を変形させたときの曲率よりも大きくなる。このように、第１〜第３工程では、ワーク６０の曲率が徐々に大きくなるようにワーク６０の幅方向における両端部を丸めて筒状に近づけていく。

第４工程では、第３工程によって湾曲したワーク６０を、一対の縦ローラ９５の間に通す。図４及び１１に示すように、縦ローラ９５は、ワーク６０の幅方向（図１１の左右方向）に並んで配置されており、回転軸９６を中心に回転可能になっている。回転軸９６は、第１〜第３拡径ローラ８０，８５，９０及び第１〜第３縮径ローラ８２，８７，９２の各回転軸の軸方向と直交する方向（図１１の上下方向）に延びている。縦ローラ９５は、図１１の上下方向における中心部ほど縮径した略円柱形状をなし、図１１に示す正面視において、外周面が半円状に窪んでいる。各縦ローラ９５は上下の端部同士が当接した状態で配設されている。このため、一対の縦ローラ９５によって、略円形状の隙間が形成されている。第４工程において、一対の縦ローラ９５の間にワーク６０を通すことにより、ワーク６０を筒状に変形させる。図４に示すように、第１〜第４工程からなる成形工程では、各工程を順番に経ることにより、帯状のワーク６０を凹条面６３が内周面となるように筒状に成形する。これにより、凹条面６３の凹条６３Ａが筒状のワーク６０の内周面において螺旋状に延びて、ラジエータチューブ３２の凹条３２Ｂが構成される。

筒状に成形されたワーク６０の両端部は、溶接具９７によって溶接される。その後、所望の長さに切断され、別ラインにおいて断面形状が長円状になるようにプレス成形される。これにより、ラジエータチューブ３２が製造される。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
（１）本実施形態では、内周面を凹条面６３とし外周面を平滑面６４とするラジエータチューブ３２が製造される。このため、冷却水がラジエータチューブ３２を流れる際には、凹条面６３によって案内されて該冷却水が撹拌されるとともに、ラジエータチューブ３２の平滑面６４に接続される放熱フィン３３との接触面積が十分に確保される。したがって、熱交換効率を向上させることのできるラジエータチューブ３２を製造することができる。

（２）本実施形態では、ワーク６０を筒状に成形するロールフォーミング加工と一連の工程として転造工程を設けている。このため、帯状のワーク６０を凹条６３Ａを有する筒状のワーク６０に成形するまでの時間を短くすることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。また、以下の変更例は、互いに適宜組み合わせて実施することも可能である。
・上記実施形態では、筒状に成形したワーク６０を所望の長さに切断した後に、断面形状が長円状になるように成形していたが、断面形状が長円状になるように成形した後に、所望の長さに切断するようにしてもよい。また、成形工程において、例えば各ローラの形状を変更して、断面が長円の筒状になるようにワーク６０を成形するようにしてもよい。

・帯状のワーク６０をコイル状に巻かずに板状のまま筒状に成形してもよい。この場合には、ワーク６０を構成する板材を所望の長さに切断した上でロールフォーミング加工を施すことにより、筒状に成形した後にワーク６０を切断する工程を省略することができる。

・成形工程は第１〜第４工程からなるものに限られない。帯状のワーク６０を筒状に成形できるのであれば、例えば、第１工程と第４工程とのみによって成形工程を構成するようにしてもよい。また、第１〜第４工程とは異なる工程によって成形工程を構成してもよい。例えば、ローラによってワーク６０を変形させるのではなく、ワーク６０の送り方向前方に向かって板状から筒状に変形するガイド部材を用い、該ガイド部材に沿ってワーク６０を移動させることにより、ワーク６０を帯状から筒状に徐々に変形させるようにしてもよい。また、ガイド部材を用いる工程と、上記第１〜第４工程の少なくとも１つの工程とを組み合わせるようにしてもよい。

・第１回転ローラ７０の凸条７１Ａの形状は、上記実施形態のものに限られず、適宜変更が可能である。例えば、所定角度θは任意の角度に変更可能であり、凸条７１Ａの隣り合う尖端同士の間隔であるピッチも任意に変更可能である。

・第１回転ローラ７０及び第２回転ローラ７５を省略し、代わりに、第１拡径ローラ８０に、外周面に沿って周方向に延びるとともに回転方向に対して傾斜した凸条を設けるようにしてよい。この構成では、第１拡径ローラ８０が第１回転ローラとして機能し、第１縮径ローラ８２が第２回転ローラとして機能する。すなわち、第１拡径ローラ８０及び第１縮径ローラ８２によって転造工程が構成される。また、第１〜第３拡径ローラ８０，８５，９０及び第１〜第３縮径ローラ８２，８７，９２、並びに一対の縦ローラ９５によって成形工程が構成される。

１…車両用ラジエータ、１０…アッパタンク、１１…受水部、１２…流入口、１３…取付口、１４…ラジエータキャップ、２０…第１シール部材、３０…ラジエータコア、３１…アッパコアプレート、３１Ａ…底壁、３１Ｂ…周壁、３２…ラジエータチューブ、３２Ａ…チューブ本体、３２Ｂ…凹条、３３…放熱フィン、３４…ロアコアプレート、３４Ａ…上壁、３４Ｂ…周壁、４０…第２シール部材、５０…ロアタンク、５１…送水部、５２…送出口、５３…ドレンコック、６０…ワーク、６１…巻芯、６２…コイル、６３…凹条面、６３Ａ…凹条、６４…平滑面、７０…第１回転ローラ、７１…凸条ローラ、７１Ａ…凸条、７２…回転軸、７５…第２回転ローラ、７６…平滑ローラ、７７…回転軸、８０…第１拡径ローラ、８１…回転軸、８２…第１縮径ローラ、８３…回転軸、８５…第２拡径ローラ、８６…回転軸、８７…第２縮径ローラ、８８…回転軸、９０…第３拡径ローラ、９１…回転軸、９２…第３縮径ローラ、９３…回転軸、９５…縦ローラ、９６…回転軸、９７…溶接具。

Claims (1)

1. 車両用ラジエータに用いられ、冷却水が流動するラジエータチューブの製造方法であって、
   帯状のワークを、外周面に沿って周方向に延びるとともに回転軸に対して傾斜する凸条が設けられた第１回転ローラと外周面が平滑な第２回転ローラとによって挟圧することで前記ワークに凹条面と平滑面とを形成する転造工程と、
   前記ワークの凹条面が内周面となるように該ワークを筒状に成形する成形工程と
   を有するラジエータチューブの製造方法。